Устройство модуляции-демодуляции тропосферной станции

Устройство модуляции-демодуляции тропосферной станции. Изобретение относится к области радиотехники, а именно к средствам тропосферной радиосвязи, и может быть использовано в тропосферных станциях на линиях тропосферных связей с увеличенной пропускной способностью. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности увеличения скорости передачи дискретной информации по тропосферным каналам связи. Устройство модуляции-демодуляции тропосферной станции содержит модулятор, состоящий из цифрового демультиплексора, n шестиразрядных последовательно-параллельных преобразователей, n шестиразрядных блоков истинности преобразователя относительности (ИПО), n шестиразрядных цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), n фазовых модуляторов и сумматора; демодулятор, состоящий из блока оптимального сложения сигналов, n селективных фильтров, n фазовых детекторов, n шестиразрядных аналого-цифровых преобразователей (АЦП), n шестиразрядных блоков ИПО, n шестиразрядных параллельно-последовательных преобразователей и цифрового мультиплексора, а также содержит блок опорных частот, предназначенный для формирования несущих частот, используемых для функционирования модулятора и демодулятора. Новым в устройстве модуляции-демодуляции тропосферной станции является выполнение модулятора и демодулятора многоканальными, включающими указанные выше блоки, а также применение нового алгоритма модуляции и демодуляции, основанного на принципе цифровой обработки информации, включающем разделение цифрового потока на субпотоки (субканалы), преобразование абсолютных значений фазы сигнала в относительные и объединение обработанной по каждому каналу информации в единый модулированный групповой поток на передаче и обратном преобразовании на приеме, что способствовало обеспечению возможности передачи информации по тропосферному каналу с повышенной скоростью. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к средствам тропосферной радиосвязи, и может быть использовано в тропосферных станциях на линиях тропосферных связей с увеличенной пропускной способностью.

Известны тропосферные станции, предназначенные для обеспечения устойчивой связи в сантиметровом диапазоне волн, которые имеют в своем составе устройства модуляции-демодуляции, которые обеспечивают ограниченную (до 2 Мбит/с) скорость передачи дискретной информации в тропосферном канале связи [1, 2, 5].

Однако в настоящее время в связи с бурным развитием и широким внедрением цифровых систем передачи требуются все более высокие скорости передачи информации по каналам связи тропосферных линий.

Известно, что для передачи дискретной информации чаще всего применяются сигналы в виде отрезков гармонических колебаний. В таких сигналах в качестве модулирующего параметра используется либо амплитуда, либо частота, либо фаза. Отсюда и называется модуляция амплитудная, частотная и фазовая.

Для обеспечения возможности передачи информации с большей скоростью в одинаковой полосе частот и при одинаковой помехоустойчивости без увеличения мощности наибольшим преимуществом обладает фазовая модуляция, которую предполагается использовать в предлагаемом устройстве модуляции-демодуляции тропосферной станции.

Известен амплитудный модулятор, который содержит два фазовых модулятора, выходной сумматор и опорный генератор [2]. Однако это устройство обладает тем недостатком, что для достижения поставленной цели использован метод модуляции, основанный на расширении частотного диапазона.

Из известных рассмотренных устройств модуляции-демодуляции наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство модуляции-демодуляции, содержащее групповые преобразователи частоты передачи (модулятор) и приема (демодулятор), а также блок опорных (несущих) частот, описанное в [4].

Недостатком известного устройства является то, что в нем модулятор и демодулятор выполнены одноканальными и рассчитаны на одну определенную групповую скорость передачи, что ограничивает возможность применения его в качестве устройства модуляции-демодуляции тропосферной станции.

Целью изобретения является обеспечение возможности увеличения скорости передачи дискретной информации по тропосферным каналам связи.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство модуляции-демодуляции тропосферной станции, содержащее модулятор, демодулятор и блок опорных частот, отличающееся тем, что модулятор выполнен многоканальным и состоит из цифрового демультиплексора, n шестиразрядных последовательно-параллельных преобразователей, n шестиразрядных блоков истинности преобразователя относительности (ИПО), n шестиразрядных цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), n фазовых модуляторов и одного сумматора, при этом первый, второй и n-й выходы цифрового демультиплексора подключены соответственно ко входам первого, второго и n-го шестиразрядного последовательно-параллельного преобразователей, выход первого шестиразрядного последовательно-параллельного преобразователя модулятора соединен со входом первого шестиразрядного блока ИПО, выход которого через первый шестиразрядный ЦАП соединен со входом первого фазового модулятора, выход второго шестиразрядного последовательно-параллельного преобразователя соединен со входом второго шестиразрядного блока ИПО, выход которого через второй шестиразрядный ЦАП соединен со входом второго фазового модулятора, выход n-го шестиразрядного последовательно-параллельного преобразователя модулятора соединен со входом n-го шестиразрядного блока ИПО, выход которого через n-й шестиразрядный ЦАП соединен со входом n-го фазового модулятора, выходы первого, второго и n-го фазовых модуляторов подключены соответственно к первому, второму и n-ому входам сумматора, причем выход сумматора является выходом модулятора к передатчику, входом которого является вход цифрового демультиплексора; демодулятор выполнен многоканальным и состоит из блока оптимального сложения сигналов, n селективных фильтров, n фазовых детекторов, n шестиразрядных аналого-цифровых преобразователей (АЦП), n шестиразрядных блоков ИПО, n шестиразрядных параллельно-последовательных преобразователей и цифрового мультиплексора, при этом первый, второй и n-й выходы блока оптимального сложения сигналов демодулятора подключены ко входам соответственно первого, второго и n-го селективных фильтров, выход первого селективного фильтра соединен со входом первого фазового детектора, выход которого через первый шестиразрядный АЦП, первый шестиразрядный блок ИПО демодулятора и первый параллельно-последовательный преобразователь подключен к первому входу цифрового мультиплексора демодулятора, выход второго селективного фильтра соединен со входом второго фазового детектора, выход которого через второй шестиразрядный АЦП, второй шестиразрядный блок ИПО и второй параллельно-последовательный преобразователь подключен ко второму входу цифрового мультиплексора демодулятора, выход n-го селективного фильтра соединен со входом n-го фазового детектора, выход которого через n-й шестиразрядный АЦП, n-й шестиразрядный блок ИПО демодулятора n-й шестиразрядный параллельно-последовательный преобразователь подключен к n-ому входу цифрового мультиплексора демодулятора, при этом выход цифрового мультиплексора является выходом демодулятора, входами которого являются входы блока оптимального сложения сигналов, к которым подключены выходы приемных трактов; блок опорных частот является общим для модулятора и демодулятора и предназначен для формирования спектра несущих частот, используемых для обеспечения функционирования модулятора и демодулятора, причем первый, второй и n-й управляющие выходы блока опорных частот подключены к управляющим входам соответственно первого, второго и n-го фазовых модуляторов и фазовых детекторов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство модуляции-демодуляции для тропосферной станции отличается наличием новых блоков, входящих в состав модулятора и демодулятора, их выполнением многоканальными взамен одноканальных, как у прототипа, а также изменением связей между остальными элементами устройства.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна». Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что блоки, входящие в устройство модуляции-демодуляции тропосферной станции, широко известны и дополнительного творчества для их реализации не требуется [1, 2, 3].

Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами в заявляемое устройство вышеуказанные блоки проявляют новые свойства, что приводит к существенному (с 2 Мбит/с до 34 Мбит/с) повышению скорости передачи дискретной информации по тропосферным каналам связи. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «существенные отличия».

Данное решение существенно отличается от известных решений в данной области техники. Заявляемое решение явным образом не следует из уровня техники, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо как в тропосферных станциях, так и в других средствах связи, например, в проводных средствах каналообразования.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства модуляции-демодуляции тропосферной станции.

Устройство модуляции-демодуляции тропосферной станции содержит модулятор 1, состоящий из цифрового демультиплексора 4, n шестиразрядных последовательно-параллельных преобразователей 5, n шестиразрядных блоков ИПО 6, n шестиразрядных ЦАП 7, n фазовых модуляторов 8 и сумматора 9, демодулятор 2, состоящий из блока 10 оптимального сложения сигналов, n селективных фильтров 11, n фазовых детекторов 12, n шестиразрядных АЦП 13, n шестиразрядных блоков ИПО 14, n шестиразрядных параллельно-последовательных преобразователей 15 и цифрового мультиплексора 16, а также содержит блок 3 опорных частот, предназначенный для формирования несущих частот, используемых для обеспечения функционирования модулятора 1 и демодулятора 2.

Первый выход цифрового демультиплексора 4 модулятора 1 через первый 5₁ шестиразрядный последовательно-параллельный преобразователь, первый 6₁ шестиразрядный блок ИПО, первый 7₁ шестиразрядный ЦАП и первый 8₁ фазовый модулятор подключен к первому входу сумматора 9. Второй выход цифрового демультиплексора 4 через второй 5₂ шестиразрядный последовательно-параллельный преобразователь, второй 6₂ шестиразрядный блок ИПО, второй 7₂ шестиразрядный ЦАП и второй 8₂ фазовый модулятор подключен ко второму входу сумматора 9, а n-й выход цифрового демультиплексора 4 через n-й шестиразрядный последовательно-параллельный преобразователь 5_n, n-й шестиразрядный блок 6_n ИПО, n-й шестиразрядный ЦАП 7_n и n-й фазовый модулятор 8_n подключен к n-ому входу сумматора 9 модулятора 1. При этом вход цифрового демультиплексора 4 является входом модулятора 1, выходом которого является выход сумматора 9 устройства модуляции-демодуляции тропосферной станции.

Первый выход блока 10 оптимального сложения сигналов демодулятора 2 через первый 11₁ селективный фильтр, первый 12₁ фазовый детектор, первый 13₁ шестиразрядный АЦП, первый 14₁ шестиразрядный блок ИПО и первый 15₁ шестиразрядный параллельно-последовательный преобразователь подключен к первому входу цифрового мультиплексора 16. Второй выход блока 10 оптимального сложения сигналов через второй 11₂ селективный фильтр, второй 12₂ фазовый детектор, второй 13₂ шестиразрядный АЦП, второй 14₂ шестиразрядный блок ИПО и второй 15₂ шестиразрядный параллельно-последовательный преобразователь подключен ко второму входу цифрового мультиплексора 16 демодулятора 2, а n-й выход блока 10 оптимального сложения сигналов через n-й селективный фильтр 11_n, n-й фазовый демодулятор 12_n, n-й шестиразрядный АЦП 13_n, n-й шестиразрядный блок 14_n ИПО и n-й шестиразрядный параллельно-последовательный преобразователь 15_n подключен к n-ому входу цифрового мультиплексора 16 демодулятора 2. При этом входы блока 10 оптимального сложения сигналов демодулятора 2 являются входами демодулятора 2, выходом которого является выход цифрового мультиплексора 16.

Первый, второй и n-й управляющие выходы блока 3 опорных частот подключены к управляющим входам соответственно первого, второго и n-го фазовых модуляторов 8 модулятора 1 и фазовых детекторов 12 демодулятора 2.

Цифровой демультиплексор 4 модулятора 1 предназначен для разделения группового цифрового сигнала формата Е3 со скоростью передачи 34,368 Мбит/с, поступающего с выхода внешней аппаратуры каналообразования, сформированного по принципу временного разделения каналов (ВРК) на шестнадцать цифровых потоков формата Е1 с меньшей скоростью передачи 2,048 Мбит/с. Выделение происходит методом опроса группового сигнала в соответствующий, заранее известный, момент времени. Заранее известный момент времени вычисляется за счет заранее известной последовательности формирования группового сигнала, работающего в синхронизации с демультиплексором.

Синхронизация осуществляется за счет выявления заранее известных цифровых комбинаций последовательности служебного синхроимпульса потока Е3.

Шестиразрядный последовательно-параллельный преобразователь 5 модулятора 1 предназначен для преобразования шести последовательных бит информации в последовательность шестибитных параллельных посылок.

Шестиразрядный блок ИПО 6 модулятора 1 служит для преобразования абсолютных значений первичного сигнала в значение, несущее кодированную информацию об изменениях, содержащихся в последующей шестиразрядной посылке относительно предыдущей шестиразрядной посылки. Необходимость данного преобразования связана с последующим использованием данного сигнала для модуляции несущей по фазе. Данное действие может выполняться только с использованием закона относительности (разности значений), так как абсолютное значение фазы сигнала случайно и не может быть вычислено.

Шестиразрядный ЦАП 7 предназначен для преобразования цифровых шестиразрядных посылок в систему дискретных комбинаций различной амплитуды. При этом максимальное количество таких посылок составляет величину, равную шестидесяти четырем (2⁶=64).

Фазовый модулятор 8 служит для модуляции несущей по закону изменения фазы амплитудными дискретными посылками. При этом максимальное количество комбинаций посылок составляет величину, равную шестидесяти четырем (2⁶=64).

Сумматор 9 предназначен для однорангового сложения спектров индивидуальных сигналов в общий групповой спектр сигналов.

Отдельные элементы модулятора 1 могут быть выполнены в соответствии с техническими решениями по изобретению, описанному в [2].

Блок 10 оптимального сложения сигналов демодулятора 2 предназначен для сложения с функцией выбора сигналов от альтернативных приемных трактов в единый групповой приемный сигнал. Функция выбора реализуется методом оценки качества приемного сигнала от каждого альтернативного приемного тракта с присвоением балла приоритетности с использованием, например, значения сигнала автоматической регулировки усиления каждого из трактов. Сложение происходит с учетом балла приоритетности по принципу: чем выше балл, тем выше вклад данного приемного тракта в общее значение сигнала на выходе.

Селективный фильтр 11 предназначен для выделения из общего группового спектра сигнала индивидуального спектра детектируемого канала.

Фазовый детектор 12 предназначен для выделения (детектирования несущей по закону изменения фазы) амплитудных дискретных посылок. При этом максимальное количество комбинаций посылок составляет величину, равную шестидесяти четырем

(2⁶=64).

Шестиразрядный АЦП 13 предназначен для преобразования системы дискретных комбинаций различной амплитуды в шестиразрядные цифровые посылки. При этом максимальное количество посылок составляет величину, равную шестидесяти четырем (2⁶=64).

Шестиразрядный блок 14 ИПО демодулятора 2 предназначен для преобразования относительных (разностных) значений последующих шестибитовых посылок, относительно предыдущих посылок, первичного сигнала в абсолютные значения.

Шестиразрядный параллельно-последовательный преобразователь 15 демодулятора 2 предназначен для преобразования последовательности шестибитовых параллельных посылок в последовательность шести одиночных бит информации.

Цифровой мультиплексор 16 предназначен для объединения шестнадцати цифровых потоков Е1 со скоростью передачи 2,048 Мбит/с в один групповой поток Е3 со скоростью передачи 34.368 Мбит/с.Объединение происходит по принципу ВРК с передачей информации от каждого из потоков Е1 в соответствующий, специально для этого отведенный, момент времени в потоке Е3. Для последующего распознавания в процессе объединения потоков Е1 формируются также служебные синхроимпульсы с заранее известной комбинацией в заранее отведенный для этого момент времени.

Отдельные элементы демодулятора 2 могут быть выполнены 6 соответствии с техническими решениями по изобретению, описанному в [3].

Блок 3 опорных частот предназначен для формирования гармонических колебаний с частотами, необходимыми для функционирования модулятора 1 и демодулятора 2, а также для выработки необходимых частотных подставок, формирующих общий групповой спектр сигнала из отдельных канальных спектров, модулированных по фазе по закону первичного сигнала со скоростью передачи 2,048 Мбит/с в модуляторе 1, и опорных частот подставок, необходимых для процесса выделения модулированных несущих канальных спектров сигналов в индивидуальный сигнал для последующей демодуляции в демодуляторе 2.

Устройство модуляции-демодуляции тропосферной станции работает следующим образом.

На передаче цифровой сигнал со скоростью передачи 34,368 Мбит/с от аппаратуры каналообразования подается на вход цифрового демультиплексора 4 модулятора 1, который делит его на шестнадцать цифровых потоков, передаваемых со скоростью 2,048 Мбит/с. С выходов цифрового мультиплексора 4 эти потоки в виде шестиразрядных параллельных цифровых сигналов поступают на входы соответствующих шестиразрядных последовательно-параллельных преобразователей 5, в котором осуществляется преобразование шести последовательных бит информации в последовательность шестибитных параллельных посылок, которые поступают затем на входы шестиразрядных блоков 6 ИПО. В блоках 6 ИПО осуществляется преобразование абсолютных значений фазы первичного сигнала в значения, несущие кодированную информацию об изменениях, содержащихся в последующей шестиразрядной посылке относительно предыдущей шестиразрядной посылки.

С выхода шестиразрядных блоков 6 ИПО сигналы поступают на входы шестиразрядных ЦАП 7, которые превращают их в систему дискретных сигналов и подают на входы фазовых модуляторов 8. В блоке 8 несущие частоты, поступающие с выхода блока 3 опорных частот, модулируются по закону изменения фазы амплитудными дискретными посылками и далее сигналы передаются на входы сумматора 9, в котором осуществляется сложение спектров индивидуальных сигналов в общий групповой спектр сигналов и выдача его на входы передатчика.

На приеме сигналы промежуточной частоты с выхода нескольких приемных трактов поступают на входы блока 10 оптимального сложения сигналов, который из альтернативных приемных трактов формирует единый групповой приемный сигнал, поступающий на входы селективных фильтров 11. В селективных фильтрах 11 осуществляется отфильтровка побочных каналов и выделение из общего группового спектра сигнала сигналов индивидуального спектра детектируемых каналов, которые передаются далее на входы фазовых детекторов 12. В блоках 12 осуществляется выделение (детектирование несущей по закону изменения фазы) амплитудных дискретных посылок из принятых сигналов и передача их на входы шестиразрядных АЦП 13, которые преобразуют систему дискретных комбинаций различной амплитуды в шестиразрядные цифровые посылки и передают их на входы блоков ИПО 14 демодулятора 2. В блоках ИПО 14 осуществляется их обработка в соответствии с заданным законом, восстановление и преобразование относительных (разностных) значений последующих шестибитовых посылок относительно предыдущих первичного сигнала в абсолютные значения сигналов, которые передаются на входы шестиразрядных параллельно-последовательных преобразователей 15.

В параллельно-последовательных преобразователях 15 осуществляется преобразование последовательности шестибитовых параллельных посылок в последовательность шести одиночных бит информации, которые поступают на входы цифрового мультиплексора 16. В цифровом мультиплексоре 16 осуществляется объединение принятых шестнадцати цифровых потоков Е1 со скоростью передачи 2,048 Мбит/с в один групповой поток Е3 со скоростью передачи 34,368 Мбит/с и выдача его на вход внешней аппаратуры каналообразования.

Техническая эффективность предлагаемого устройства модуляции-демодуляции заключается в повышении пропускной способности тропосферных линий связи за счет увеличения скорости передачи дискретной информации по каналам тропосферной станции, в которой использованы технические решения предлагаемого изобретения. Это достигается за счет выполнения блоков модулятора и демодулятора устройства многоканальными, обеспечения уплотнения линии с последующим объединением каналов в единый групповой поток.

Проведенный сравнительный анализ с аналогичными решениями показал, что в предлагаемом устройстве модуляции-демодуляции тропосферной станции достигнуто в несколько раз (свыше десяти раз) повышение пропускной способности.

Источники информации

1. A.M.Заездный, Ю.Б.Окунев, Л.М.Рахович. Фазоразностная модуляция и ее применение для передачи дискретной информации. - М.: Связь, 1967.

2. SU, авторское свидетельство №711662, кл. H03C 1/50, 1980.

3. SU, авторское свидетельство №325678, кл. H03D 3/06, 1972.

4. Г.П.Дивногорцев, В.А.Новиков, Ю.Д.Фарбер. Аппаратура дальней связи. Учебное пособие для техникумов связи. Издание второе, переработанное и дополненное. - М.: Связь, 1970, с.10-26, 27 (рис.В. 19) (прототип).

5. Тропосферная связь. Л.И.Яковлев Г.В.Дедюкин, Э.С.Каграманов и др. - М.: Воениздат, 1984, с.88-90.

Устройство модуляции-демодуляции тропосферной станции, содержащее модулятор, демодулятор и блок опорных частот, отличающееся тем, что модулятор выполнен многоканальным и состоит из цифрового демультиплексора, n шестиразрядных последовательно-параллельных преобразователей, n шестиразрядных блоков истинности преобразователя относительности (ИПО), n шестиразрядных цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), n фазовых модуляторов и одного сумматора, при этом первый, второй и n-й выходы цифрового демультиплексора подключены соответственно ко входам первого, второго и n-го шестиразрядного последовательно-параллельного преобразователей, выход первого шестиразрядного последовательно-параллельного преобразователя модулятора соединен со входом первого шестиразрядного блока ИПО, выход которого через первый шестиразрядный ЦАП соединен со входом первого фазового модулятора, выход второго шестиразрядного последовательно-параллельного преобразователя соединен со входом второго шестиразрядного блока ИПО, выход которого через второй шестиразрядный ЦАП соединен со входом второго фазового модулятора, выход n-го шестиразрядного последовательно-параллельного преобразователя модулятора соединен со входом n-го шестиразрядного блока ИПО, выход которого через n-й шестиразрядный ЦАП соединен со входом n-го фазового модулятора, выходы первого, второго и n-го фазовых модуляторов подключены соответственно к первому, второму и n-ому входам сумматора, причем выход сумматора является выходом модулятора к передатчику, входом которого является вход цифрового демультиплексора; демодулятор выполнен многоканальным и состоит из блока оптимального сложения сигналов, n селективных фильтров, n фазовых детекторов, n шестиразрядных аналого-цифровых преобразователей (АЦП), n шестиразрядных блоков ИПО, n шестиразрядных параллельно-последовательных преобразователей и цифрового мультиплексора, при этом первый, второй и n-й выходы блока оптимального сложения сигналов демодулятора подключены ко входам соответственно первого, второго и n-го селективных фильтров, выход первого селекфильтра соединен со входом второго фазового демодулятора, выход которого через второй шестиразрядный блок ИПО и второй шестиразрядный ЦАП подключен ко второму входу мультиплексора демодулятора, выход n-го селективного фильтра соединен с входом n-го фазового демодулятора блока фазовой демодуляции, выход которого через n-й шестиразрядный блок ИПО и n-й шестиразрядный ЦАП подключен к n-ому входу мультиплексора демодулятора, при этом выход мультиплексора является выходом цифрового сигнала демодулятора, входами которого являются входы блока оптимального сложения сигналов, к которым подключены выходы приемных трактов; блок опорных частот является общим для модулятора и демодулятора, предназначенный для формирования спектра несущих частот, используемых для каждого из каналов модулятора и демодулятора, причем первый, второй и n-й управляющие выходы блока опорных частот подключены к управляющим входам соответственно первого, второго и n-го фазовых модуляторов и фазовых демодуляторов.